JP2001269840A - 工作機械の熱変位推定方法 - Google Patents
工作機械の熱変位推定方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電源投入時及び未投入時のあらゆる環境温度
変化に対処して、工作機械の熱変位量を正確に推定す
る。 【解決手段】 環境温度変化に伴う旋盤の熱変位を推定
するにあたり、旋盤の機体に、旋盤の熱変形時定数より
も小さい温度時定数を有する第１基準ブロック６と、旋
盤の熱変形時定数よりも大き温度時定数を有する第２基
準ブロック８とを設ける。各基準ブロック６，８の温度
を温度センサ７，９で測定し、温度測定装置１０にて数
値化する。各温度測定値の差に係数を乗じた値に第２基
準ブロック８の温度測定値を加算して推定用暫定値を求
め、この暫定値に係数を乗じて熱変位量を推定する。
変化に対処して、工作機械の熱変位量を正確に推定す
る。 【解決手段】 環境温度変化に伴う旋盤の熱変位を推定
するにあたり、旋盤の機体に、旋盤の熱変形時定数より
も小さい温度時定数を有する第１基準ブロック６と、旋
盤の熱変形時定数よりも大き温度時定数を有する第２基
準ブロック８とを設ける。各基準ブロック６，８の温度
を温度センサ７，９で測定し、温度測定装置１０にて数
値化する。各温度測定値の差に係数を乗じた値に第２基
準ブロック８の温度測定値を加算して推定用暫定値を求
め、この暫定値に係数を乗じて熱変位量を推定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械の熱変位
推定方法に関するものである。
推定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】工作機械は、構造的特性上機械各部に存
在する熱源（例えば主軸の転がり軸受）や室温等の環境
温度の変化によって機体の熱変形を引き起こす。この熱
変形は加工精度に大きく影響することから、その防止対
策として、従来、発熱部を冷却する方法、機体内部に外
気を通過させて温度分布を均一にする方法、主要構造部
に温度制御された油を循環させて温度を均一にする方
法、機体温度情報や室温情報から熱変位量を推定して補
正する方法などが知られている。
在する熱源（例えば主軸の転がり軸受）や室温等の環境
温度の変化によって機体の熱変形を引き起こす。この熱
変形は加工精度に大きく影響することから、その防止対
策として、従来、発熱部を冷却する方法、機体内部に外
気を通過させて温度分布を均一にする方法、主要構造部
に温度制御された油を循環させて温度を均一にする方
法、機体温度情報や室温情報から熱変位量を推定して補
正する方法などが知られている。
【０００３】特に、温度情報から熱変位量を推定して補
正する方法は簡易であり効果も高いとされている。例え
ば、機械稼働に伴う熱変位補正に関し、本出願人は特願
平９−２２７８６号で回転数変化後の過渡状態から定常
状態に至るまで主軸の熱変位量を正確に求めることがで
きる方法を提案した。
正する方法は簡易であり効果も高いとされている。例え
ば、機械稼働に伴う熱変位補正に関し、本出願人は特願
平９−２２７８６号で回転数変化後の過渡状態から定常
状態に至るまで主軸の熱変位量を正確に求めることがで
きる方法を提案した。
【０００４】一方、環境温度変化に伴う熱変位補正に関
しては、機械に電源が投入されていない状態でも熱変形
が発生することから、電源投入時の補正用初期値（基準
温度）を正確に求める必要がある。そこで、特公平７−
４７２５７号公報では、電源再投入までの時間を監視
し、予め設定された時間より長ければ今回投入時の温度
を含む過去数回の温度の平均値を基準温度とし、そうで
なければ前回の基準温度を用いて環境温度変化に伴う熱
変位を推定する方法が提案されている。
しては、機械に電源が投入されていない状態でも熱変形
が発生することから、電源投入時の補正用初期値（基準
温度）を正確に求める必要がある。そこで、特公平７−
４７２５７号公報では、電源再投入までの時間を監視
し、予め設定された時間より長ければ今回投入時の温度
を含む過去数回の温度の平均値を基準温度とし、そうで
なければ前回の基準温度を用いて環境温度変化に伴う熱
変位を推定する方法が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、室温等の環
境温度は扉の開閉に代表される不特定な行為によっても
大きく変化し、電源が投入されていない状態でこうした
事態が発生すると、従来方法によっては熱変位量を正確
に推定することが困難であった。また、電池を利用する
ことにより、電源未投入時でも温度を継続的に監視し
て、熱変位量を推定する方法も考えられるが、電池は稼
働時間が制限されるなどの問題がある。
境温度は扉の開閉に代表される不特定な行為によっても
大きく変化し、電源が投入されていない状態でこうした
事態が発生すると、従来方法によっては熱変位量を正確
に推定することが困難であった。また、電池を利用する
ことにより、電源未投入時でも温度を継続的に監視し
て、熱変位量を推定する方法も考えられるが、電池は稼
働時間が制限されるなどの問題がある。
【０００６】また、特願平２−１２１８０８号では、熱
容量の大きな容積体と小さな容積体との温度差を用い
て、工作機械の環境温度変化に対する補正量を算出する
方法が提案されているが、温度差のみを考慮しているた
め、環境温度が図４に示すように変化した場合に、補正
量を正確に求めることができなくなり、用途が電源投入
時つまり機械稼働時の熱変位補正に制限されるという問
題点があった。
容量の大きな容積体と小さな容積体との温度差を用い
て、工作機械の環境温度変化に対する補正量を算出する
方法が提案されているが、温度差のみを考慮しているた
め、環境温度が図４に示すように変化した場合に、補正
量を正確に求めることができなくなり、用途が電源投入
時つまり機械稼働時の熱変位補正に制限されるという問
題点があった。
【０００７】そこで、本発明の目的は、電源投入時及び
未投入時のあらゆる環境温度変化に対処して、工作機械
の熱変位量を正確に推定することができる方法を提供す
ることにある。
未投入時のあらゆる環境温度変化に対処して、工作機械
の熱変位量を正確に推定することができる方法を提供す
ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の熱変位推定方法は、環境温度変化に伴う
工作機械の熱変位を推定する方法であって、工作機械の
設置環境下に、工作機械の熱変形時定数よりも小さい温
度時定数を有する第１基準ブロックと、前記熱変形時定
数よりも大き温度時定数を有する第２基準ブロックとを
用意し、第１基準ブロック及び第２基準ブロックの温度
を測定し、各基準ブロックの温度測定値の差に係数を乗
じた値に第２基準ブロックの温度測定値を加算して推定
用暫定値を求め、推定用暫定値に係数を乗じて熱変位量
を推定することを特徴とする。
めに、本発明の熱変位推定方法は、環境温度変化に伴う
工作機械の熱変位を推定する方法であって、工作機械の
設置環境下に、工作機械の熱変形時定数よりも小さい温
度時定数を有する第１基準ブロックと、前記熱変形時定
数よりも大き温度時定数を有する第２基準ブロックとを
用意し、第１基準ブロック及び第２基準ブロックの温度
を測定し、各基準ブロックの温度測定値の差に係数を乗
じた値に第２基準ブロックの温度測定値を加算して推定
用暫定値を求め、推定用暫定値に係数を乗じて熱変位量
を推定することを特徴とする。
【０００９】ここで、推定精度を高めるためには、電源
投入直後の推定用暫定値を、各基準ブロックの温度測定
値の差に係数を乗じた値に第２基準ブロックの温度測定
値を加算して求め、それ以降の推定用暫定値を、前回の
推定用暫定値を用いて一次遅れ系の演算式によって求め
るのが好ましい。
投入直後の推定用暫定値を、各基準ブロックの温度測定
値の差に係数を乗じた値に第２基準ブロックの温度測定
値を加算して求め、それ以降の推定用暫定値を、前回の
推定用暫定値を用いて一次遅れ系の演算式によって求め
るのが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明を旋盤に具体化した
一実施形態を図面に基づいて説明する。図１に示すよう
に、このＮＣ旋盤は、周知のように、ワークを回転させ
る主軸１、バイト３を保持する刃物台２、刃物台２をＸ
軸方向へ移動可能に支持するサドル５、及び、サドル５
をＺ軸方向へ案内するレール４等から構成されている。
一実施形態を図面に基づいて説明する。図１に示すよう
に、このＮＣ旋盤は、周知のように、ワークを回転させ
る主軸１、バイト３を保持する刃物台２、刃物台２をＸ
軸方向へ移動可能に支持するサドル５、及び、サドル５
をＺ軸方向へ案内するレール４等から構成されている。
【００１１】旋盤の機体には、室温等の環境温度変化に
伴う旋盤の熱変形時定数よりも小さい温度時定数を有す
る第１基準ブロック６と、第１基準ブロック６の温度を
検出する第１温度センサ７と、旋盤の熱変形時定数より
も大きい温度時定数を有する第２基準ブロック８と、第
２基準ブロック８の温度を検出する第２温度センサ９と
が設けられている。
伴う旋盤の熱変形時定数よりも小さい温度時定数を有す
る第１基準ブロック６と、第１基準ブロック６の温度を
検出する第１温度センサ７と、旋盤の熱変形時定数より
も大きい温度時定数を有する第２基準ブロック８と、第
２基準ブロック８の温度を検出する第２温度センサ９と
が設けられている。
【００１２】そして、旋盤の熱変位補正システムは、第
１温度センサ７及び第２温度センサ９の出力をアナログ
信号からデジタル信号に変換して数値化する温度測定装
置１０と、補正パラメータ等を記憶する記憶装置１２
と、温度測定値及び補正パラメータを用いて熱変位量を
推定演算する熱変位推定演算器１１と、その演算結果に
従い旋盤の各部を制御して熱変位補正を実行するＮＣ装
置１３とから構成されている。
１温度センサ７及び第２温度センサ９の出力をアナログ
信号からデジタル信号に変換して数値化する温度測定装
置１０と、補正パラメータ等を記憶する記憶装置１２
と、温度測定値及び補正パラメータを用いて熱変位量を
推定演算する熱変位推定演算器１１と、その演算結果に
従い旋盤の各部を制御して熱変位補正を実行するＮＣ装
置１３とから構成されている。
【００１３】上記構成の旋盤において、次に、熱変位推
定方法の第１実施例を説明する。図２は旋盤の環境温度
が図４に示すように変化する場合の熱変位補正プログラ
ムを示すフローチャートである。旋盤に電源が投入され
ると、まず、第１温度センサ７が第１基準ブロック６の
温度を測定し、第２温度センサ９が第２基準ブロック８
の温度を測定し、温度測定装置１０が各センサ７，９の
出力を数値化する（図５参照）。
定方法の第１実施例を説明する。図２は旋盤の環境温度
が図４に示すように変化する場合の熱変位補正プログラ
ムを示すフローチャートである。旋盤に電源が投入され
ると、まず、第１温度センサ７が第１基準ブロック６の
温度を測定し、第２温度センサ９が第２基準ブロック８
の温度を測定し、温度測定装置１０が各センサ７，９の
出力を数値化する（図５参照）。
【００１４】続いて、熱変位推定演算器１１が基準ブロ
ック６，８の温度測定値と記憶装置１２に予め記憶され
た補正パラメータとを用い式１により推定用暫定値を演
算する。なお、この推定用暫定値は環境温度変化に伴う
旋盤の熱変形特性と同様の特性を示す。 推定用暫定値＝（第１温度センサ温度−第２温度センサ温度） ×α＋第２温度センサ温度・・・・・・・・・・・・式１ α：係数
ック６，８の温度測定値と記憶装置１２に予め記憶され
た補正パラメータとを用い式１により推定用暫定値を演
算する。なお、この推定用暫定値は環境温度変化に伴う
旋盤の熱変形特性と同様の特性を示す。 推定用暫定値＝（第１温度センサ温度−第２温度センサ温度） ×α＋第２温度センサ温度・・・・・・・・・・・・式１ α：係数
【００１５】その後、熱変位推定演算器１１は式２によ
り熱変位量を推定し、ＮＣ装置１３がその推定値に従っ
て周知の方法で旋盤各部の位置補正を行う。 熱変位量＝β×推定用暫定値・・・・・・・・・・・・・・・・・・式２ β；係数
り熱変位量を推定し、ＮＣ装置１３がその推定値に従っ
て周知の方法で旋盤各部の位置補正を行う。 熱変位量＝β×推定用暫定値・・・・・・・・・・・・・・・・・・式２ β；係数
【００１６】図６は式２で求めた熱変位量の推定値を実
際値と比較して示すものである。ここから明らかなよう
に、この実施例の方法によれば、全補正時間域にわたり
熱変位量の推定値を実際値によく一致させることができ
る。
際値と比較して示すものである。ここから明らかなよう
に、この実施例の方法によれば、全補正時間域にわたり
熱変位量の推定値を実際値によく一致させることができ
る。
【００１７】次に、熱変位推定方法の第２実施例を図３
のフローチャートに従って説明する。旋盤に電源が投入
されると、第１実施例と同様に、まず、各温度センサ
７，９が第１及び第２基準ブロック６，８の温度を測定
し、温度測定装置１０が各センサ７，９の出力を数値化
する。続いて、熱変位推定演算器１１が式１により推定
用暫定値の初期値を演算したのち、式２により初回目の
熱変位量を推定し、ＮＣ装置１３がその推定値に従って
位置補正を行う。
のフローチャートに従って説明する。旋盤に電源が投入
されると、第１実施例と同様に、まず、各温度センサ
７，９が第１及び第２基準ブロック６，８の温度を測定
し、温度測定装置１０が各センサ７，９の出力を数値化
する。続いて、熱変位推定演算器１１が式１により推定
用暫定値の初期値を演算したのち、式２により初回目の
熱変位量を推定し、ＮＣ装置１３がその推定値に従って
位置補正を行う。
【００１８】そして２回目以降は、熱変位推定演算器１
１が前回の推定用暫定値を用いて一次遅れ系の式３によ
り推定用暫定値を演算し、式２によって熱変位量を推定
する。なお、式３による演算には一次遅れ特性を有する
デジタルフイルタを用いることができる。 推定用暫定値n＝推定用暫定値n-1＋ （第１温度センサ温度−推定用暫定値n-1）×γ・・・式３ ここで、γは係数、添字nはｎ回目の処理を示す。
１が前回の推定用暫定値を用いて一次遅れ系の式３によ
り推定用暫定値を演算し、式２によって熱変位量を推定
する。なお、式３による演算には一次遅れ特性を有する
デジタルフイルタを用いることができる。 推定用暫定値n＝推定用暫定値n-1＋ （第１温度センサ温度−推定用暫定値n-1）×γ・・・式３ ここで、γは係数、添字nはｎ回目の処理を示す。
【００１９】この実施例の方法によれば、電源投入直後
における推定用暫定値の初期値を式１によって正確に算
出できるとともに、２回目以降の推定用暫定値も前回の
推定用暫定値に現在の環境温度変化に応じた変数を加算
して正確に求めることができ、もって全補正時間域にわ
たって熱変位量を高い精度で推定できる利点がある。
における推定用暫定値の初期値を式１によって正確に算
出できるとともに、２回目以降の推定用暫定値も前回の
推定用暫定値に現在の環境温度変化に応じた変数を加算
して正確に求めることができ、もって全補正時間域にわ
たって熱変位量を高い精度で推定できる利点がある。
【００２０】図８は環境温度が図７に示すように変化し
た場合に、旋盤で外径切削をしたときのワークの直径寸
法誤差を示すものである。初回目の寸法を基準としたと
き、補正を適用しない場合に、直径寸法誤差が最大７μ
ｍを示していたのに対し、第２実施例の補正を適用した
場合には、直径寸法誤差を２μｍ程度まで抑制すること
ができた。
た場合に、旋盤で外径切削をしたときのワークの直径寸
法誤差を示すものである。初回目の寸法を基準としたと
き、補正を適用しない場合に、直径寸法誤差が最大７μ
ｍを示していたのに対し、第２実施例の補正を適用した
場合には、直径寸法誤差を２μｍ程度まで抑制すること
ができた。
【００２１】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の熱変位推
定方法によれば、電源投入時及び未投入時のあらゆる環
境温度変化に対処して、工作機械の熱変位量を正確に推
定することができるという優れた効果を奏する。
定方法によれば、電源投入時及び未投入時のあらゆる環
境温度変化に対処して、工作機械の熱変位量を正確に推
定することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による熱変位推定方法の実施装置を示す
概略図である。
概略図である。
【図２】本発明による熱変位推定方法の第１実施例を示
すフローチャートである。
すフローチャートである。
【図３】本発明による熱変位推定方法の第２実施例を示
すフローチャートである。
すフローチャートである。
【図４】環境温度の経時変化を示す特性図である。
【図５】図４の環境下における計測温度の経時変化を示
す特性図である。
す特性図である。
【図６】本発明の効果を確認する熱変位量の特性図であ
る。
る。
【図７】環境温度の別の経時変化を示す特性図である。
【図８】図７の環境下において本発明の効果を確認する
直径寸法誤差の特性図である。
直径寸法誤差の特性図である。
１・・主軸、２・・刃物台、３・・バイト、４・・Ｘ軸
案内面、５・・サドル、６・・第１基準ブロック、７・
・第１温度センサ、８・・第２基準ブロック、９・・第
２温度センサ、１０・・温度測定装置、１１・・熱変位
推定演算器、１２・・記憶装置、１３・・ＮＣ装置。
案内面、５・・サドル、６・・第１基準ブロック、７・
・第１温度センサ、８・・第２基準ブロック、９・・第
２温度センサ、１０・・温度測定装置、１１・・熱変位
推定演算器、１２・・記憶装置、１３・・ＮＣ装置。
Claims (2)
- 【請求項１】 環境温度変化に伴う工作機械の熱変位を
推定する方法であって、工作機械の設置環境下に、工作
機械の熱変形時定数よりも小さい温度時定数を有する第
１基準ブロックと、前記熱変形時定数よりも大き温度時
定数を有する第２基準ブロックとを用意し、第１基準ブ
ロック及び第２基準ブロックの温度を測定し、各基準ブ
ロックの温度測定値の差に係数を乗じた値に第２基準ブ
ロックの温度測定値を加算して推定用暫定値を求め、推
定用暫定値に係数を乗じて熱変位量を推定することを特
徴とする工作機械の熱変位推定方法。 - 【請求項２】 電源投入直後の推定用暫定値を、各基準
ブロックの温度測定値の差に係数を乗じた値に第２基準
ブロックの温度測定値を加算して求め、それ以降の推定
用暫定値を、前回の推定用暫定値を用いて一次遅れ系の
演算式により求めることを特徴とする請求項１記載の工
作機械の熱変位推定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000086462A JP2001269840A (ja) | 2000-03-27 | 2000-03-27 | 工作機械の熱変位推定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000086462A JP2001269840A (ja) | 2000-03-27 | 2000-03-27 | 工作機械の熱変位推定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001269840A true JP2001269840A (ja) | 2001-10-02 |
Family
ID=18602627
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000086462A Pending JP2001269840A (ja) | 2000-03-27 | 2000-03-27 | 工作機械の熱変位推定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001269840A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010029973A (ja) * | 2008-07-28 | 2010-02-12 | Jtekt Corp | 研削盤および研削方法 |
| CN110722399A (zh) * | 2018-07-17 | 2020-01-24 | 发那科株式会社 | 数值控制装置 |
| CN111650892A (zh) * | 2019-03-04 | 2020-09-11 | 发那科株式会社 | 管理装置以及管理系统 |
| JP2021026588A (ja) * | 2019-08-07 | 2021-02-22 | ファナック株式会社 | 工作機械システム |
-
2000
- 2000-03-27 JP JP2000086462A patent/JP2001269840A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010029973A (ja) * | 2008-07-28 | 2010-02-12 | Jtekt Corp | 研削盤および研削方法 |
| CN110722399A (zh) * | 2018-07-17 | 2020-01-24 | 发那科株式会社 | 数值控制装置 |
| CN111650892A (zh) * | 2019-03-04 | 2020-09-11 | 发那科株式会社 | 管理装置以及管理系统 |
| CN111650892B (zh) * | 2019-03-04 | 2024-02-02 | 发那科株式会社 | 管理装置以及管理系统 |
| JP2021026588A (ja) * | 2019-08-07 | 2021-02-22 | ファナック株式会社 | 工作機械システム |
| JP7290508B2 (ja) | 2019-08-07 | 2023-06-13 | ファナック株式会社 | 工作機械システム |
| US11772222B2 (en) | 2019-08-07 | 2023-10-03 | Fanuc Corporation | Machine tool system |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050315 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20051011 |